نيكولا تيسلا: شبكة 5G يمكن أن تحقق حلمه في الكهرباء اللاسلكية

نيكولا تيسلا

صورة عبر Wallsdesk

يتم إعادة نشر هذه المقالة حول Nikola Tesla والكهرباء اللاسلكية هنا بإذن من المحادثة . تتم مشاركة هذا المحتوى هنا لأن الموضوع قد يثير اهتمام قراء Snopes ، إلا أنه لا يمثل عمل مدققي الحقائق أو المحررين في Snopes.




في ذروة حياته المهنية ، أصبح المهندس الكهربائي الرائد نيكولا تيسلا مهووسًا بفكرة. لقد افترض أن الكهرباء يمكن أن تنتقل لاسلكيًا عبر الهواء على مسافات طويلة - إما عبر سلسلة من الأبراج ذات المواقع الاستراتيجية ، أو التنقل عبر نظام من البالونات المعلقة.



أشياء لم أذهب إلى الخطة ، ولم تتحقق أبدًا طموحات تسلا في الحصول على إمدادات كهربائية عالمية لاسلكية. لكن النظرية نفسها لم يتم دحضها: فقد تطلبت ببساطة قدرًا غير عادي من القوة ، وكان الكثير منها سيضيع.

الآن، ورقة بحث اقترح أن المهندسين المعماريين لشبكة 5G ربما قاموا عن غير قصد ببناء ما فشلت Tesla في بنائه في مطلع القرن العشرين: 'شبكة طاقة لاسلكية' يمكن تكييفها لشحن أو تشغيل الأجهزة الصغيرة المدمجة في السيارات والمنازل وأماكن العمل و المصانع.



نظرًا لأن 5G تعتمد على شبكة كثيفة من الصواري وسلسلة قوية من الهوائي ، فمن المحتمل أن نفس البنية التحتية ، مع بعض التعديلات ، يمكنها إرسال الطاقة إلى الأجهزة الصغيرة. لكن ناقل الحركة سيظل يعاني من العيب الرئيسي لأبراج تسلا: الهدر الكبير للطاقة ، والذي قد يكون من الصعب تبريره نظرًا لإلحاح أزمة المناخ.

شبكات 5G

صورة بالأبيض والأسود لبرج كهرباء

أحد أبراج تسلا ، تم تصويره عام 1904.
ويكيميديا

منذ عقود ، تم اكتشاف ذلك شعاع راديو شديد التركيز يمكنه نقل الطاقة عبر مسافات كبيرة نسبيًا دون استخدام سلك لحمل الشحنة. يتم استخدام نفس التكنولوجيا الآن في شبكة 5G : أحدث جيل من التكنولوجيا لإرسال اتصال الإنترنت إلى هاتفك ، عبر موجات الراديو المنقولة من هوائي محلي.



تهدف تقنية 5G هذه إلى توفير زيادة السعة بمقدار 1000 ضعف على مدار الجيل الأخير ، 4G ، للسماح لما يصل إلى مليون مستخدم بالاتصال لكل كيلومتر مربع - مما يجعل تلك اللحظات التي تبحث عن إشارة في المهرجانات الموسيقية أو الأحداث الرياضية شيئًا من الماضي.

لدعم هذه الترقيات ، تستخدم 5G بعض السحر الهندسي ، ويأتي هذا السحر في ثلاثة أجزاء: شبكات كثيفة للغاية مع العديد من الصواري ، وتقنية الهوائي الخاصة ، وإدراج موجة ملليمتر (mmWave) ناقل الحركة جنبًا إلى جنب مع النطاقات التقليدية.

آخرها ، mmWave ، يفتح نطاقًا تردديًا أكبر بكثير على حساب مسافات نقل أقصر. بالنسبة للسياق ، تعمل معظم أجهزة توجيه WiFi في نطاق 2 جيجاهرتز. إذا كان جهاز التوجيه لديك يحتوي على خيار 5 جيجاهرتز ، فستلاحظ أن الأفلام يتم بثها بسلاسة أكبر - ولكن عليك أن تكون أقرب إلى جهاز التوجيه الخاص بك حتى يعمل.

لم يكن هناك جدوى من السعي لتحويل المثقفين

قم بزيادة التردد بشكل أكبر (مثل mmWave ، الذي يعمل بسرعة 30 جيجاهرتز أو أكثر) وستلاحظ تحسينات أكبر في النطاق الترددي - ولكن عليك أن تكون أقرب إلى المحطة الأساسية للوصول إليها. هذا هو السبب في صواري 5G أكثر كثافة عنقودية من صواري 4G.

وحدة هوائي 5G على سارية

صواري 5G أكثر كثافة من سابقاتها.
ليسيك / شاترستوك

يتمثل الجزء الأخير من السحر في إضافة العديد من الهوائيات - ما بين 128 و 1024 مقارنة برقم أصغر بكثير (اثنان فقط في بعض الحالات) لـ 4G. تسمح الهوائيات المتعددة للأعمدة بتشكيل مئات الحزم الشبيهة بالقلم الرصاص والتي تستهدف أجهزة معينة ، مما يوفر إنترنت فعال وموثوق به لهاتفك أثناء التنقل.

هذه هي نفس المكونات الخام اللازمة لإنشاء شبكة طاقة لاسلكية. تعد كثافة الشبكة المتزايدة ذات أهمية خاصة ، لأنها تفتح إمكانية استخدام نطاقات mmWave لنقل موجات الراديو المختلفة التي يمكنها نقل كل من اتصال الإنترنت والطاقة الكهربائية.

تجربة قوة 5G

ال التجارب استخدام أنواع جديدة من الهوائي لتسهيل الشحن اللاسلكي. في المختبر ، تمكن الباحثون من إرسال طاقة 5G على مسافة قصيرة نسبيًا تزيد قليلاً عن مترين ، لكنهم يتوقعون أن الإصدار المستقبلي من أجهزتهم سيكون قادرًا على إرسال 6μW (6 مليون واط) على مسافة 180 مترا.

نجمة في المنزل ماذا يعني ذلك

لوضع ذلك في السياق ، تستهلك أجهزة إنترنت الأشياء (IoT) الشائعة 5μW - ولكن فقط عندما يكونون في وضع السكون العميق. بالطبع ، ستتطلب أجهزة إنترنت الأشياء طاقة أقل وأقل لتعمل كخوارزميات ذكية ويتم تطوير إلكترونيات أكثر فاعلية ، لكن 6μW لا تزال كمية صغيرة جدًا من الطاقة.

هذا يعني ، في الوقت الحالي على الأقل ، أن طاقة 5G اللاسلكية من غير المرجح أن تكون عملية لشحن هاتفك المحمول أثناء ذهابك إلى يومك. لكنها يمكن أن تشحن أو قوة أجهزة إنترنت الأشياء ، مثل أجهزة الاستشعار وأجهزة الإنذار من المتوقع أن تنتشر على نطاق واسع فى المستقبل.

في المصانع ، على سبيل المثال ، من المرجح أن تُستخدم المئات من مستشعرات إنترنت الأشياء لمراقبة الظروف في المستودعات ، أو للتنبؤ بالفشل في الآلات ، أو لتتبع حركة الأجزاء على طول خط الإنتاج. ستشجع القدرة على إرسال الطاقة مباشرة إلى أجهزة إنترنت الأشياء هذه على الانتقال إلى أكثر كفاءة بكثير ممارسات التصنيع.

مشاكل التسنين

ولكن ستكون هناك تحديات يجب التغلب عليها قبل ذلك الحين. لتوفير الطاقة اللاسلكية ، ستستهلك صواري 5G حوالي 31 كيلو واط من الطاقة - أي ما يعادل 10 غلايات ماء تغلي باستمرار.

على الرغم من المخاوف من أن تقنية 5G يمكن أن تسبب السرطان على نطاق واسع فضحها العلماء ، قد تكون هذه الكمية من الطاقة المنبعثة من الصواري غير آمنة. أ حساب تقريبي يقترح أن المستخدمين سيحتاجون إلى أن يكونوا على بعد 16 مترًا على الأقل من الصواري للامتثال للسلامة أنظمة التي وضعتها لجنة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية.

ومع ذلك ، فإن هذه التكنولوجيا في مهدها. من المحتمل بالتأكيد أن الأساليب المستقبلية ، مثل الهوائي الجديد ذي الحزم الأضيق والأكثر استهدافًا ، يمكن أن تقلل بشكل كبير من الطاقة المطلوبة - والمهدرة - لكل سارية.

في الوقت الحاضر ، النظام المقترح يشبه إلى حد ما النظام الخيالي ' ونكافيسيون 'في فيلم Charlie and Chocolate Factory لرولد دال ، والذي حقق إنجازًا يتمثل في نقل الحلوى إلى أجهزة التلفزيون - ولكن كان عليه استخدام كتلة ضخمة من الشوكولاتة لإنتاج قطعة أصغر بكثير في الطرف الآخر.

نظرًا لأنها ستستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة مقارنةً بالطاقة التي ستوفرها للأجهزة ، فإن الطاقة اللاسلكية لشبكة 5G هي ، في الوقت الحالي ، تخمينية. ولكن إذا تمكن المهندسون من إيجاد طرق أكثر فاعلية لشعاع الكهرباء عبر الهواء ، فقد يكون حلم نيكولا تيسلا في الطاقة اللاسلكية يتحقق - على مدى 100 عام منذ أن فشلت محاولاته.


ايلينا جورا عميد مشارك للبحوث ، جامعة كوفنتري و جيمس بيتر بروسي ، أستاذ علوم الكمبيوتر ، جامعة كوفنتري

تم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة بموجب رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقالة الأصلية .

مقالات مثيرة للاهتمام